《矿山机械设备复习》课件

M矿山机械REVIEWCOURSE矿山机械设备复习采矿工程·机电工程专业课六大设备模块系统复习采矿·机电专业BEGINREVIEWM矿山机械CONTENTSSYLLABUSOVERVIEW课程知识体系导航01钻孔机械凿岩机、凿岩台车、潜孔与牙轮钻机02装载机械铲运机、耙斗装岩机、抓岩机03运输机械刮板/带式输送机、电机车、卡车运输04提升设备提升容器、钢丝绳、缠绕式与摩擦式提升机05流体机械离心泵、通风机、压气设备06破碎与选矿机械破碎机、筛分、磨矿、选别设备07智能装备与发展趋势自动化、无人化、绿色矿山按矿山生产工艺流程组织：钻孔破岩→装载→运输→提升→流体→选矿→智能化CHAPTER01钻孔机械凿岩机·凿岩台车·潜孔钻机·牙轮钻机M矿山机械复习EQUIPMENTCOMPARISON气动与液压凿岩机对比气动凿岩机结构简单成本低但能量利用率仅约15%，液压凿岩机效率达30%-40%且钻进速度快一倍以上，深孔与大断面巷道优先选用液压型。气动凿岩机特点与应用以压缩空气驱动冲击机构，结构简单、重量轻、成本低，适合中小断面巷道掘进能量利用率约15%，排气噪声大，需配套空压机站与管路系统，运行成本较高~15%能量利用率低维护复杂度中小断面适用巷道液压凿岩机优势与选型液压驱动能量利用率达30%-40%，钻进速度比气动高50%-100%，噪声降低10-15dB系统压力高（15-25MPa），对密封与油液过滤要求严格，适用于深孔与大断面高效掘进30-40%能量利用率高系统复杂度深孔大断面适用巷道M矿山机械EQUIPMENTDRILLINGJUMBO凿岩台车结构与选型凿岩台车是实现巷道掘进机械化的核心装备，其钻孔效率是手持凿岩机的3-5倍，选型关键在于匹配巷道条件与工艺要求。结构组成：由钻臂、推进器、凿岩机、行走机构、液压系统与控制系统组成，可实现多孔平行作业台车类型：平巷掘进台车配2-4条钻臂，覆盖断面10-40㎡；采矿台车配伸缩式钻臂适应采场空间选型依据：巷道净断面≥台车外廓尺寸+安全间隙，岩石f值决定凿岩机型号与推力配套要求：供电容量满足装机功率×1.2系数，通风量保证柴油机尾气稀释达标3-5×钻孔效率提升2-4臂平巷台车钻臂数10-40㎡覆盖断面范围凿岩台车井下工作场景M矿山机械DRILLINGEQUIPMENTEQUIPMENT潜孔钻机与牙轮钻机潜孔钻机与牙轮钻机是露天矿穿孔作业的两大主力设备，分别以冲击破碎和滚压破碎为核心机理，适用于不同硬度岩层与孔径需求。潜孔钻机工作原理与参数冲击器潜入孔底，高压气体驱动活塞冲击钻头，排渣与冷却同步完成，孔深可达30m以上主要参数：孔径80–200mm，风压0.5–1.2MPa，推进力5–15kN，适用于f=8–16岩石80–200mm孔径30+m孔深f=8–16岩石硬度牙轮钻机特点与应用范围三牙轮钻头在轴压与回转扭矩作用下滚压破碎岩石，孔径250–450mm，孔深15–20m适用于大型露天铁矿、铜矿等坚硬岩层，单机日穿孔米数可达100–200m250–450mm孔径100–200m/日穿孔15–20m孔深潜孔钻机结构示意图CHAPTER02装载机械铲运机·耙斗装岩机·抓岩机·装载机选型EQUIPMENTM矿山机械地下铲运机（LHD）技术要点LHD是现代地下矿山出矿主力设备，其生产率取决于斗容、运行速度与循环时间，选型核心是匹配采场条件与运输距离。1结构组成：由工作装置、车架、传动系统、制动系统与驾驶室组成，铰接转向适应窄小空间2斗容选择：采场宽度≥2×机身宽+0.6m，运距<100m选小斗容高频次，>200m选大斗容3动力校核：柴油机型需校核通风量（≥4m³/min·kW），电动型需确认电缆卷筒或滑触线配套4生产率估算：Q=3600×E×η/tcE斗容η装满系数0.7–0.9tc循环时间LHD结构示意1–10斗容m³0.7–0.9装满系数η≥4通风m³/min·kWM矿山机械EQUIPMENTLoadingEquipment耙斗装岩机与抓岩机耙斗装岩机与抓岩机均为间歇式装载设备，前者广泛用于岩巷掘进，后者专用于竖井井筒施工，二者结构与适用条件差异显著。耙斗装岩机型号与选型P系列型号命名：按耙斗容积分为P15B（0.15m³）、P30B（0.3m³）、P60B（0.6m³）、P90B（0.9m³）选型三步法：①测巷道净宽净高，留≥700mm操作间隙；②算日出矸量÷作业小时得所需生产率；③校核轨道与供电条件抓岩机类型与井筒施工应用靠壁式抓岩机固定于井壁安装，适用于小直径竖井井筒施工，作业范围有限但结构紧凑中心回转式抓岩机悬挂于吊盘下方，可回转覆盖全断面，适用于大直径井筒高效施工技术参数抓斗容积0.4–1.0m³，抓取力15–40kN，生产率取决于抓斗数量与提升循环时间SPECIFICATIONS装载设备选型参数对照表选型核心：匹配巷道/采场尺寸、岩石硬度与出矿强度，预留安全间隙与富余系数1.3–1.5矿山装载设备主要技术参数设备类型适用场景斗容/耙斗容积生产率(m³/h)电机功率(kW)最小巷道断面P30B耙斗装岩机岩巷掘进0.3m³35-5017≥6㎡P60B耙斗装岩机主运输巷0.6m³70-11030≥9㎡地下铲运机(LHD)采场出矿2-6m³150-40075-200宽≥3.5m前端式装载机地面/硐室1-3m³80-20055-150宽≥4m中心回转抓岩机竖井施工0.6m³40-8030-55井径≥4m注：生产率为额定工况参考值，实际选型须结合岩石硬度、运输距离及作业循环时间综合校核CHAPTER03运输机械刮板输送机·带式输送机·电机车·卡车运输M矿山机械STRUCTURE&CALCULATIONTECHNICAL刮板输送机结构与张力计算刮板输送机是综采工作面唯一运输设备，其选型关键在运输能力、铺设长度与电动机功率的匹配，张力计算决定链条强度与驱动配置。1机头部组成—由电动机、减速器、联轴器、链轮组件组成；液力耦合器改善启动性能并实现过载保护2逐点张力法—规则：Si=Si-1+Wi-1→i，W为直线段或曲线段运行阻力3重段阻力公式Wzh=(qw+qi)·w·L·g·cosβ±(qw+qi)·L·g·sinβ向上运输取+，向下运输取−4选型校核—运输能力Q≥工作面产量×1.2，链条安全系数≥2.5，电机功率按等效负荷法计算图：刮板输送机机头部结构示意M矿山机械PRINCIPLESBELTCONVEYOR带式输送机传动原理与选型带式输送机靠传动滚筒与输送带间的摩擦力传递牵引力，设计须同时满足不打滑条件与垂度条件以保证传动可靠与带体稳定。摩擦传动理论与不打滑条件欧拉公式：S₁/S₂≤eμα，α为围包角(rad)，μ为摩擦因数，增大μ是最经济的增牵引力方法围包角范围：单滚筒≤230°，双滚筒可达450°；采用橡胶衬垫可将μ从0.2提升至0.4以上垂度条件与输送带选型垂度条件：两托辊间带垂度y≤0.025l，导出最小张力Smin≥5(q+qd)gl²/(8y)输送带选型：钢丝绳芯带用于长距离大运量，硫化接头强度达带体90%以上；织物芯带用机械接头230°单滚筒围包角上限450°双滚筒围包角上限2.5%垂度控制上限90%+硫化接头强度带式输送机托辊与滚筒结构示意核心公式·EULERFORMULAFmax=S₁(eμα−1)极限牵引力由围包角与摩擦因数决定M矿山机械复习TRANSPORTCALCULATION矿用电机车运输计算电机车运输是井下轨道运输的主力方式，其牵引能力受粘着条件限制，选型核心是匹配列车重量、坡度与运距。粘着牵引原理：F≤1000Pψ，ψ值干燥轨面0.2–0.25，撒砂后可达0.3–0.35列车运行总阻力：W=W₀+Wᵢ+Wᵣ，基本阻力W₀=G(w'+w'')，w'为重车阻力系数电机车台数：N=T/(60t_c)，T为班运输量，t_c为往返循环时间，含装载、运行、卸载、调车制动距离校核：重载下坡≤40m，空车上坡≤20m，否则需增加机车或降低载重架线式矿用电机车TRANSPORTP15井下卡车与辅助运输井下无轨运输以柴油或电动卡车为主，辅助运输涵盖单轨吊、齿轨车与卡轨车，选型需综合巷道坡度、转弯半径与通风安全要求。01井下自卸卡车技术参数载重与机动性：载重10–40t，爬坡能力≤14%，最小转弯半径8–12m，适用于斜坡道与主运输巷排气净化标准：柴油机配备催化转化器+水洗箱，CO浓度<100ppm、NOx<800ppm方可入井40t最大载重14%爬坡能力100ppmCO限值02辅助运输设备类型与适用条件单轨吊：悬挂于顶板工字钢，坡度≤25°，用于人员与轻型材料运输齿轨车/卡轨车：适应坡度≤30°，用于重型设备整体下井与工作面搬家25°单轨吊坡度30°齿轨车坡度3类辅助设备M矿山机械TRANSPORTComparison露天矿运输方式对比露天矿运输占生产成本40%-60%，方式选择直接决定矿山经济效益；近年半连续工艺（卡车+破碎站+胶带）因兼具灵活性与低成本优势，已成为大型矿山主流方案。技术经济对比运输方式适用深度运距(km)吨公里成本灵活性典型应用铁路运输>200m3-15低差鞍钢齐大山、首钢水厂公路自卸车<300m1-5中优中小型露天矿普遍采用带式输送机>150m1-10最低差大型铁矿/煤矿陡帮开采半连续工艺任意组合较低良德兴铜矿、平朔安太堡趋势大型化、连续化、智能化—半连续工艺综合了卡车灵活性与胶带低成本优势04CHAPTER04提升设备提升容器·钢丝绳·缠绕式与摩擦式提升机PRINCIPLEHOISTSYSTEM多绳摩擦式提升机原理与防滑摩擦式提升机的核心问题是防滑，安全系数必须覆盖所有工况；其优势在于多绳分担载荷、提升高度不受滚筒容绳量限制。01摩擦传动原理牵引力F=S₁−S₂≤(S₁+S₂)(eμα−1)/(eμα+1)，其中μ为衬垫摩擦因数，取值范围0.2–0.2502防滑安全系数λ≥1.75（重载下放紧急制动工况）；λ≥1.5（重载上提紧急制动工况）03防滑措施增大围包角至190°–210°；采用聚氨酯衬垫μ=0.25；设置平衡锤减轻静张力差04选型参数最大静张力Fj、最大静张力差Fc、提升速度v、加速度a，据此选定设备型号多绳摩擦式提升机剖面示意≥1.75防滑安全系数（重载下放制动）190°–210°围包角推荐范围0.2–0.25衬垫摩擦因数μM矿山机械EQUIPMENTCHAPTER04·HOISTING提升容器与钢丝绳选择提升容器按用途分为箕斗（主井提矿）与罐笼（副井载人载物），钢丝绳选型需满足安全系数法要求，确保终端载荷与绳自重比在设计容许范围内。矿井提升箕斗结构示意图箕斗与罐笼结构及适用条件箕斗：容积4–20t，底卸式卸载快但结构复杂，侧卸式简单可靠；用于主井提煤/矿石提升罐笼：分层载人载物，配防坠器与阻车器；用于副井提升人员、材料与设备钢丝绳选型计算与安全系数安全系数法：m=Qz/(pH+Qd)≥规定值；提人≥9，提物≥6.5，悬挂安全梯≥6常用结构：6×19S+FC交互捻，直径20–40mm；多层股不旋转绳用于深井单绳提升≥9提人安全系数≥6.5提物安全系数20-40绳径范围(mm)MMiningMachineryKINEMATICS&DYNAMICSChapter20提升系统运动学与动力学运动学确定速度曲线与时间分配，动力学据此计算拖动力与电机功率；两者是提升机选型与电控设计的理论基础。01五阶段速度图初加速

a₀=0.5–1m/s²主加速

a₁=0.8–1.2m/s²等速段

vₘ（最大速度）减速

a₃=-0.8~-1.2m/s²02总变位质量Σm=md+mr+mp+mw+J/r²含提升容器、钢丝绳、天轮质量电机转子惯量折算至滚筒轴03拖动力公式Fi=kQ+p(H−2hi)+Σm·aik=1.2–1.3矿井阻力系数04电机容量校核Pe≥√(ΣFi²ti/Σti)/η传动效率η=0.85–0.9，等效负荷法COMPARISONMINEHOIST缠绕式与摩擦式提升机对比深井（>600m）优先选摩擦式；浅井或斜井可选缠绕式；新建大型矿山普遍采用多绳摩擦式。两类矿井提升机核心参数对比对比项单绳缠绕式多绳摩擦式传动原理钢丝绳缠绕于滚筒摩擦力驱动钢丝绳提升高度≤600m（受容绳量限）可达1500m以上钢丝绳数1–2根4–6根防滑问题无核心设计约束体积与重量较大较小（同规格轻30%–40%）适用场景浅井、中小产量深井、大产量主井选型建议：深井>600m优先选摩擦式；浅井或斜井可选缠绕式；新建大型矿山普遍采用多绳摩擦式。实际选型需综合井深、产量、投资与维护成本。05CHAPTER05流体机械离心泵通风机压气设备系统设计MECHANICALPRINCIPLES离心式水泵原理与工况点离心泵工况点由泵特性与管路阻力共同决定；排水系统设计必须满足《煤矿安全规程》对工作、备用、检修泵的三重能力要求。叶轮理论扬程Ht=u₂c₂u/g，后向叶片效率高且稳定，实际泵均采用后向叶片设计工况点确定泵H-Q曲线与管路H=Hst+RQ²曲线的交点，偏离高效区需调节阀门或转速排水系统三泵配置工作泵：20h排尽24h正常涌水量备用泵：≥工作泵70%检修泵：≥工作泵25%启停操作流程启动：灌满水→关闸阀→启动电机→缓开闸阀停泵：先关阀再断电，防止水击事故水泵总能力须满足20h内排尽矿井最大涌水量VENTILATIONMINEMACHINERY矿井通风机特性与调节矿井主扇分离心式与轴流式两大类，轴流式可通过改变叶片安装角实现最优调节；经济运行要求工况点效率不低于最高效率的0.85倍。离心式与轴流式风机对比离心式：气体轴向进径向出，风压高、风量小，适合高阻力矿井；调节靠闸门节流轴流式：气体轴向进轴向出，风量大、风压低，适合大风量矿井；调节靠变叶片安装角经济运行与反风措施经济条件：η≥0.85ηmax，且不低于0.6；工况点应落在稳定工作区内反风方法：地道反风（传统）、无地道反风（短路风流）、反转反风（轴流式专用）轴流式矿井通风机结构示意图COMPRESSEDAIRSYSTEM矿山压气设备与管网设计压气系统是井下风动设备的动力源，其可靠性直接影响掘进效率；管网末端压力不足是最常见故障，需在设计与运维中重点防控。活塞式空压机排气压力0.7–0.8MPa，单机排气量10–40m³/min，气流脉动明显，需配储气罐缓冲脉动并稳定供气压力螺杆式空压机连续供气无脉动，噪声低、振动小，维护周期长，适合建设集中供风站为多工作面统一供气管网设计最远端用气点压力≥0.5MPa，主管经济流速8–12m/s，支管10–15m/s；管径按流量与流速校核选取储气罐配置容积V≥Q/6（Q为压缩机排气量），兼作油水分离与安全缓冲，确保下游用气品质与系统压力稳定CHAPTER06破碎与选矿机械破碎机·筛分机·球磨机·浮选与磁选设备MiningMachineryReviewSectionDividerEQUIPMENT颚式破碎机结构与工作参数颚式破碎机是矿山粗碎段的"第一道关"，其给料粒度决定了一段破碎的入料上限，选型需匹配原矿最大块度与处理能力。01简摆式颚式破碎机动颚悬挂于偏心轴，轨迹为圆弧，破碎比3-6，适合坚硬矿石粗碎。02复摆式颚式破碎机动颚直接铰接于机架，轨迹为椭圆，破碎比4-9，生产率高20%-30%。03啮角α两颚板夹角，α≤20°-24°保证矿石被咬住不弹出，过大则效率下降。04排料口调整楔块调节或液压调节，宽度b决定产品粒度，b=D/(K+1)，K为破碎比。颚式破碎机结构剖面示意图3-6简摆破碎比4-9复摆破碎比≤24°啮角上限+30%复摆生产率提升矿山机械设备·复习课件P.27H矿山机械EQUIPMENTREVIEWCRUSHERTYPES圆锥破碎机类型与选型01弹簧与液压圆锥破对比弹簧圆锥破（PY系列）：过载靠弹簧压缩释放，排料口用垫片调节，结构简单但调节费时液压圆锥破（H/HP系列）：过载靠液压缸退让，排料口液压实时调节，自动化程度高，产品粒形好02选型计算与常见故障预防处理能力：Q=K₁K₂K₃Q₀K₁矿石硬度系数·K₂给料粒度系数·K₃开路/闭路系数常见故障：油温过高（冷却器堵塞）、振动异常（基础松动或衬板磨损不均），需定期检测液压圆锥破已逐步取代弹簧型，选型依据：给料粒度、产品粒度、处理能力与矿石硬度。液压圆锥破碎机结构示意图PY弹簧圆锥破系列HP多缸液压圆锥破选型依据给料粒度产品粒度处理能力矿石硬度M矿山机械复习EQUIPMENTGRINDING&CLASSIFICATION球磨机与分级设备磨矿能耗占选矿厂总能耗40%-60%，球磨机转速与装球率的合理匹配是提高磨矿效率、降低钢耗的关键。工作转速—n=(0.76–0.88)×42.3/√D，D为筒体直径(m)；过低则研磨不足，过高则离心化装球率—φ=40%–50%，钢球配比按粒度组成确定，大球破粗粒、小球磨细粒分级设备对比—螺旋分级机返砂比200%–400%，适合粗粒；水力旋流器分级效率70%–90%，适合细粒磨矿浓度—湿法磨矿矿浆浓度60%–75%，过稀钢球打空耗能耗钢，过浓流动性差球磨机外观实拍40–60%磨矿能耗占比76–88%临界转速比40–50%装球率φ60–75%湿法磨矿浓度CHAPTER07智能装备与发展趋势智能凿岩无人运输无人值守绿色矿山M矿山机械技术INTELLIGENTMININGSMARTEQUIPMENT智能凿岩与智能装载技术智能化不是简单替代人工，而是通过感知、决策与执行的闭环，让设备在复杂地质条件下自主优化作业参数，实现安全与效率的双提升。智能凿岩台车3D激光扫描建模→自动布孔→自适应推进力/转速→实时纠偏，钻孔精度±5cm